JP2010161298A - 導電ペーストの充填方法及び多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保護フィルムを用いなくとも、樹脂フィルム表面への導電ペーストの金属粒子の付着を抑制することが可能な導電ペーストの充填方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂フィルム１に対して鏡面仕上げ加工を施して、熱可塑性樹脂フィルム１の表面粗度を導電ペースト５に含まれる金属粒子の最小粒径よりも小さくする。このため、熱可塑性樹脂フィルム１に直接導電ペーストを載せ、スキージ６によって熱可塑性樹脂フィルム１の表面上で移動させても、金属粒子の熱可塑性樹脂フィルム１の表面への付着、残留を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面が熱可塑性樹脂からなる基板に形成されたビアホールに、金属粒子を含む導電ペーストを充填する方法、及び導電ペーストが充填された基板を用いて多層基板を製造する方法に関する。

従来の多層プリント配線基板においては、例えば特許文献１に記載されるように、絶縁層としての樹脂フィルムに形成されたビアホール内に、導電性の金属粒子に導電性のフィラーや樹脂粒子を添加したものを溶剤に混合させて攪拌した導電ペーストを充填し、この導電ペーストを用いて隣接する配線層（回路パターン層）の層間接続を行なっていた。

ただし、導電ペーストをビアホールに充填するときに、導電ペーストがビアホール以外の樹脂フィルムの表面に付着しないようにするため、ビアホールの導電ペースト充填入口側となる樹脂フィルムの表面に保護フィルムを貼着していた。このように保護フィルムを貼着した樹脂フィルムにビアホールを形成するために、例えば保護フィルム側からレーザ光を照射していた。このレーザ光の照射により、樹脂フィルムの保護フィルムの貼着面とは反対側の面に形成された回路パターン層を底面とする有底孔が形成される。この有底孔をビアホールとして、当該ビアホール内に導電ペーストを充填する。そして、導電ペーストの充填後、保護フィルムを樹脂フィルムから剥離して、ビアホールに導電ペーストが充填された樹脂フィルムを得ていた。

特開２００１−２４３２３号公報

従来のように、ビアホールに導電ペーストを充填する際に、保護フィルムを用いると、種々の要因で製造コストが上昇する。例えば、保護フィルムは、多層基板の各絶縁層となる樹脂フィルム毎に用意される必要があるので、保護フィルムの材料費が相当な額にのぼる。さらに、保護フィルムの貼着及び剥離工程が必要となるので、製造工程が増加する分、製造コストが上昇する。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、保護フィルムを用いなくとも、樹脂表面への導電ペーストの金属粒子の付着を抑制することが可能な導電ペーストの充填方法及び多層基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の導電ペースト充填方法は、表面が熱可塑性樹脂からなる基板に形成されたビアホールに、金属粒子を含む導電ペーストを充填するものであって、
基板表面の熱可塑性樹脂に対して鏡面仕上げ加工を施し、当該熱可塑性樹脂の表面粗度を金属粒子の最小粒径よりも小さくする鏡面仕上工程と、
鏡面仕上工程後に、鏡面仕上げされた熱可塑性樹脂に直接導電ペーストを載せ、当該導電ペーストを、熱可塑性樹脂の表面に密接する先端部を有するスキージによって熱可塑性樹脂表面上で移動させつつ、ビアホールに充填する充填工程と、を備えることを特徴とする。

上述したように、請求項１に記載の導電ペースト充填方法では、基板表面の熱可塑性樹脂に対して鏡面仕上げ加工を施すことにより、熱可塑性樹脂の表面粗度を導電ペーストに含まれる金属粒子の最小粒径よりも小さくしている。このため、熱可塑性樹脂に直接導電ペーストを載せ、スキージによって熱可塑性樹脂表面上で移動させても、金属粒子の熱可塑性樹脂の表面への付着、残留を抑制することができる。従って、請求項１に記載の発明では、保護フィルムを用いることなく、導電ペーストのビアホールへの充填を行なうことができ、製造コストを大幅に低減することができる。

請求項２に記載したように、充填工程後に、熱可塑性樹脂表面に当接する当接部材を、熱可塑性樹脂表面上で移動させることにより、熱可塑性樹脂表面に付着、残留している金属粒子を除去する除去工程を行なうことが好ましい。スキージの先端部が熱可塑性樹脂表面に密接していても、充填工程時に、多少の金属粒子は、熱可塑性樹脂の表面に付着、残留する可能性があるためである。

請求項３に記載したように、鏡面加工された金属板を用いて熱可塑性樹脂を熱プレスすることにより、熱可塑性樹脂表面を鏡面仕上げ加工することができる。すなわち、表面が鏡面加工された金属板によって熱可塑性樹脂に圧力を加えた状態で、当該熱可塑性樹脂を加熱する。これにより、熱可塑性樹脂の粘弾性低下温度にて、熱可塑性樹脂を加圧変形させることができるので、熱可塑性樹脂に対して鏡面仕上げ加工を施すことができる。

請求項４に記載したように、鏡面仕上げ加工が施された熱可塑性樹脂の表面粗度を十点平均粗さ（Ｒｚ）により表した場合、当該十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍより小さいことが好ましい。鏡面仕上げ加工が施される前の熱可塑性樹脂の平均的な表面粗度は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で表すと、例えば５μｍとなる。これを鏡面仕上げ加工で、１μｍより小さくすることにより、１μｍ以上の粒径を有する金属粒子を用いることができるようになる。導電ペーストに含まれる金属粒子の径は、通常は、０．１μｍ〜１０μｍ程度の範囲でばらつく。このように、粒径が１μｍ以上の金属粒子は、通常の導電ペーストに導入される金属粒子に含まれており、それを流用することができる。なお、１μｍ以上の粒径を有する金属粒子は、分級機を用いることにより、選別することが可能である。また、１μｍ以上の粒径の金属粒子を用いることにより、導電ペーストがビアホールに充填されたときに金属粒子間のスペースが過度に大きくならず、層間接続の信頼性、低抵抗化などを確保しやすい。

請求項５に記載したように、導電ペーストに含まれる金属粒子は、凝集を防止するべく分散材によってコーティングされ、当該分散材によってコーティングされた後の粒径が、熱可塑性樹脂の表面粗度よりも大きいことが好ましい。銀や錫などの金属粒子は、そのままでは凝集しやすいので、脂肪酸などの分散材によりコーティングされることが一般的である。このように、金属粒子が分散材によりコーティングされた場合には、その粒径は、金属粒子の径と分散材のコーティング厚さにより決まるためである。

請求項６に記載したように、上述した、ビアホールに導電ペーストが充填され、表面が熱可塑性樹脂からなる基板と、所望の形状にパターニングされた配線層とを交互に積層し、その積層体を熱プレスして、導電ペーストの金属粒子を焼結しつつ、基板同士を熱融着することにより多層基板を製造するができる。上述した導電ペーストの充填方法によれば、保護フィルムを用いなくとも、熱可塑性樹脂表面への金属粒子の付着、残留を抑制できるので、その基板を用いて多層基板を製造しても、配線層における意図しない短絡の発生を防止することができる。

（ａ）〜（ｆ）は、多層プリント基板の各製造工程を説明するための工程別断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、導電ペースト充填工程及び金属粒子除去工程を説明するための断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、鏡面仕上げ加工が施されていない熱可塑性樹脂フィルム１に対して、上述した導電ペースト充填工程及び金属粒子除去工程を実施した場合の様子を示す断面図である。

以下、本発明に係る導電ペーストの充填方法及び多層基板の製造方法を、実施形態に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態による多層プリント基板の各製造工程を説明するための工程別断面図である。

図１（ａ）に示すように、まず、絶縁性基材である樹脂フィルム１の片側表面に導体である金属層２を貼着したフィルムを用意する。樹脂フィルム１は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂８５〜１５重量％とポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂１５〜８５重量％とからなる厚さ２５〜７５μｍの熱可塑性樹脂フィルムである。金属層２は、例えば厚さ１８μｍの銅箔により形成されている。

このようなＰＥＥＫ樹脂とＰＥＩ樹脂とからなる熱可塑性樹脂フィルム１は、通常、その表面に微小な凹凸がある。このため、熱可塑性樹脂フィルム１の表面粗度を、ＪＩＳに定められた十点平均粗さ（Ｒｚ）として測定すると、十点平均粗さ（Ｒｚ）は例えば５μｍ程度となる。なお、十点平均粗さ（Ｒｚ）とは、樹脂表面の粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線から垂直方向に測定した、最も高い山頂から５番目までの山頂の高さの絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の深さの絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートルで表したものである。

本実施形態では、このような十点平均粗さ（Ｒｚ）を有する熱可塑性樹脂フィルム１に対して、鏡面仕上げ加工を施すことにより、熱可塑性樹脂フィルム１の表面粗度を小さくする。具体的には、鏡面加工された金属板（例えばＳＵＳ板）によって、金属層２が貼着された熱可塑性樹脂フィルム１に圧力を加えた状態で、当該熱可塑性樹脂フィルム１を加熱する。例えば、加熱温度は２００℃以上、圧力は７ＭＰａ以上、熱プレス時間は２０分以上である。

このような条件で熱プレスを行なうことにより、熱可塑性樹脂フィルム１の粘弾性低下温度にて、熱可塑性樹脂フィルム１を加圧変形させることができる。従って、鏡面加工された金属板により、熱可塑性樹脂フィルム１に対して鏡面仕上げ加工を施すことができる。なお、上述した鏡面仕上げ加工後の熱可塑性樹脂フィルム１の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、少なくとも１μｍ未満、さらに、０．５μｍ程度まで低下させることが好ましい。

次に、導体により構成される回路パターン３を樹脂フィルム１の表面に形成する回路パターン形成工程を実施する。回路パターン形成工程は、エッチング、印刷、蒸着、めっき等により行うことができるが、本実施形態では図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）の樹脂フィルム１に貼着された金属層２をエッチングし、金属層２を所望のパターン３に形成して、片面に回路パターン層（配線層）１０を作成する。

次に、図１（ｃ）に示すように、回路パターン層１０が設けられていない側の樹脂フィルム１表面に炭酸ガスレーザを照射することにより、樹脂フィルム１に回路パターン３を底面とする有底のビアホール４を複数個形成する（ビアホール形成工程）。なお、各ビアホール４の開口径は、例えば１００μｍ〜１５０μｍ程度である。

ビアホール４の底面となる回路パターン３の部位は、複数の樹脂フィルム１を多層化する際に、回路パターン３の層間接続のための電極となる部位である。ビアホール４の形成においては、炭酸ガスレーザの出力と照射時間等を適切に調整することにより、回路パターン３に穴を開けないようにしている。

ビアホール４の形成には、炭酸ガスレーザを使用する以外にエキシマレーザ等が使用可能である。レーザ以外のドリル加工等によるビアホール形成方法も可能であるが、レーザビームによる穴あけ加工では微細な径で穴あけでき、回路パターン３に過度の損傷を与えないため好ましい。

次に、図１（ｄ）に示すように、導電ペースト５を各ビアホール４に充填する（導電ペースト充填工程）。この導電ペースト充填工程に関して、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、詳細に説明する。

導電ペースト５は、銀粒子と錫粒子とをテルピネオールなどの溶剤に混ぜ合わせて製造されたものである。これらの銀粒子及び錫粒子には、粒子同士の凝集を防止するため、脂肪酸（例えばステアリン酸）からなる分散材がコーティングされている。これにより、銀粒子と錫粒子とは溶剤中において均一に分布する。

ここで、銀粒子及び錫粒子からなる金属粒子の粒径は、通常、０．１μｍ〜１０μｍ程度の範囲でばらつく。本実施形態では、分級機を用いて、１μｍ以上の粒径を有する金属粒子を選別し、この選別した金属粒子のみを用いて導電ペースト５を製造した。なお、金属粒子は分散材によりコーティングされているので、実際の金属粒子の粒径は、金属粒子の径と分散材のコーティング厚さにより決まる。

このように、粒径が１μｍ以上の金属粒子は、通常の導電ペーストに導入される金属粒子に含まれており、本実施形態では、それを流用することができる。また、１μｍ以上の粒径の金属粒子を用いて導電ペースト５を製造することにより、導電ペースト５がビアホールに充填されたときに金属粒子間のスペースが過度に大きくならず、層間接続の信頼性、低抵抗化などを確保しやすい。

このような導電ペースト５を、図２（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂フィルム１に直接載せる。そして、可撓性材料（例えばウレタンゴム）からなり、その先端部が熱可塑性樹脂フィルム１の表面に密接するスキージを用いて、図２（ｂ）に示すように、熱可塑性樹脂表面上で導電ペースト５を移動させつつ、ビアホール４に充填する。

このとき、本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム１の表面に鏡面仕上げ加工が施されており、その表面粗度は、導電ペースト５に含まれる金属粒子の最小粒径よりも小さくなっている。このため、熱可塑性樹脂フィルム１上で導電ペースト５を移動させても、熱可塑性樹脂フィルム１の表面に付着、残留する金属粒子はほとんど発生しない。なお、全てのビアホール４に導電ペーストが充填されると、熱可塑性樹脂フィルム１に載せられた導電ペースト５は、その表面から取り除かれる。

さらに、本実施形態では、より確実に熱可塑性樹脂フィルム１の表面への金属粒子の残留を抑制するために、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、導電ペースト充填工程後に、金属粒子除去工程を実施している。この金属粒子除去工程では、導電ペースト充填工程において用いたスキージ６と同様のスキージ６ａを用いる。具体的には、このスキージ６ａの先端を熱可塑性樹脂フィルム１の表面に当接させ、熱可塑性樹脂フィルム１の表面上で移動させる。この結果、熱可塑性樹脂フィルム１の表面に僅かな金属粒子が付着、残留している場合でも、スキージ６ａにより、その金属粒子を除去することができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は、鏡面仕上げ加工が施されていない熱可塑性樹脂フィルム１に対して、上述した導電ペースト充填工程及び金属粒子除去工程を実施した場合の様子を示す断面図である。

熱可塑性樹脂フィルム１には鏡面仕上げ加工が施されていないので、熱可塑性樹脂フィルム１の表面には多数の微小な凹凸が存在する。それら多数の微小な凹凸により、熱可塑性樹脂フィルム１の表面粗度（十点平均粗さＲｚ）は、例えば５μｍ程度となる。このように、熱可塑性樹脂フィルム１の表面粗度は、導電ペースト５の金属粒子の最小粒径よりも大きい。このため、導電ペースト５を熱可塑性樹脂フィルム１の表面上で移動させると、導電ペースト５の金属粒子が、熱可塑性樹脂フィルム１の表面の微小な凹凸に嵌まり込む。この結果、図３（ｂ）に示すように、導電ペーストの充填工程において、多数の金属粒子が熱可塑性樹脂フィルム１の表面に付着、残留する。このような多数の金属粒子は、熱可塑性樹脂フィルム１表面の微小な凹凸内に嵌まり込んでいるので、図３（ｄ）に示すように、金属粒子除去工程を行なっても、熱可塑性樹脂フィルム１の表面から取り除くことはできない。

以上、図２（ａ）〜（ｄ）及び図３（ａ）〜（ｄ）を参照しての説明から明らかなように、本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム１に対して鏡面仕上げ加工を施して、熱可塑性樹脂フィルム１の表面粗度を導電ペースト５に含まれる金属粒子の最小粒径よりも小さくしている。このため、熱可塑性樹脂フィルム１に直接導電ペーストを載せ、スキージ６によって熱可塑性樹脂フィルム１の表面上で移動させても、金属粒子の熱可塑性樹脂フィルム１の表面への付着、残留を抑制することができる。さらに、導電ペースト５充填後に、金属粒子除去工程を行なっているので、より確実に熱可塑性樹脂フィルム１上への金属粒子の付着、残留を抑制することができる。従って、後述するように、この熱可塑性樹脂フィルム１を積層して多層基板１００を製造する際に、回路パターン層１０における意図しない短絡の発生を防止することができる。

次に、図１（ｅ）に示すように、図１（ａ）〜（ｄ）までの工程によって製造された、片面に回路パターン３が形成され、かつビアホール４内に導電ペースト５が充填された熱可塑性樹脂フィルム１を複数枚積層する。そして、熱可塑性樹脂フィルム１を複数枚積層した積層体を、図示しない真空加熱プレス機により、真空条件下において上下両面から加熱しつつ、加圧する。この加熱・加圧工程では、例えば、樹脂フィルム１の積層体を、２５０〜３５０℃に加熱しつつ、１〜１０ＭＰａの圧力で１０〜２０分間加圧する。

上述の加熱加圧工程により、複数枚の熱可塑性樹脂フィルム１が相互に熱融着されて一体化する。さらに、ビアホール４内の導電ペースト５の銀粒子と錫粒子とが焼結して、その両端に位置する回路パターン３と金属結合する。具体的には、導電ペースト５中の錫粒子が溶融して銀粒子と合金化するとともに、導電ペースト５の錫成分と回路パターン３を構成する銅箔のＣｕ成分とが相互に固相拡散し、導電ペースト５と回路パターン３との界面に固相拡散層を形成する。これにより、隣接する回路パターン３が合金化された銀粒子と錫粒子とにより電気的に層間接続された多層プリント基板１００が得られる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、樹脂フィルム１としてポリエーテルエーテルケトン樹脂８５〜１５重量％とポリエーテルイミド樹脂１５〜８５重量％とからなる熱可塑性樹脂フィルムを用いた。しかし、樹脂フィルムは、これに限定されるものではなく、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂に非導電性フィラーを充填したフィルムであってもよいし、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶フィルムなどを使用することもできる。

また、上述した実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム１に金属層２が貼着された後に、熱可塑性樹脂フィルム１に対して鏡面仕上げ加工を施した。しかしながら、先に鏡面仕上げ加工処理を実施した後に、熱可塑性樹脂フィルム１に金属層を貼着しても良い。

また、上述した実施形態では、鏡面加工された金属板を用いた熱プレスにより、熱可塑性樹脂フィルム１に鏡面仕上げ加工を施したが、例えば、熱可塑性樹脂フィルム１に対して鏡面研磨処理を行なって、鏡面仕上げ加工を行なっても良い。

さらに、上述した実施形態では、回路パターン３を底面とする有底ビアホールに導電ペースト５を充填したが、回路パターン３を形成する前に、熱可塑性樹脂フィルム１に貫通ビアを形成し、当該貫通ビアの底面を支持板により塞いだ状態で導電ペースト５の充填を行なっても良い。

１…樹脂フィルム（絶縁性基材）
２…金属層（導体）
３…回路パターン
４…ビアホール
５…導電ペースト
６…スキージ
１００…多層基板

Claims (6)

1. 表面が熱可塑性樹脂からなる基板に形成されたビアホールに、金属粒子を含む導電ペーストを充填する方法であって、
   前記基板表面の熱可塑性樹脂に対して鏡面仕上げ加工を施し、当該熱可塑性樹脂の表面粗度を前記金属粒子の最小粒径よりも小さくする鏡面仕上工程と、
   前記鏡面仕上工程後に、鏡面仕上げされた前記熱可塑性樹脂に直接導電ペーストを載せ、当該導電ペーストを、前記熱可塑性樹脂の表面に密接する先端部を有するスキージによって前記熱可塑性樹脂表面上で移動させつつ、前記ビアホールに充填する充填工程と、を備えることを特徴とする導電ペースト充填方法。
2. 前記充填工程後に、前記熱可塑性樹脂表面に当接する当接部材を、前記熱可塑性樹脂表面上で移動させることにより、前記熱可塑性樹脂表面に付着、残留している金属粒子を除去する除去工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の導電ペースト充填方法。
3. 前記鏡面仕上工程では、鏡面加工された金属板を用いて前記熱可塑性樹脂を熱プレスすることを特徴とする請求項１に記載の導電ペースト充填方法。
4. 前記鏡面仕上げ加工が施された前記熱可塑性樹脂の表面粗度を十点平均粗さ（Ｒｚ）により表した場合、当該十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍより小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導電ペースト充填方法。
5. 前記導電ペーストに含まれる金属粒子は、凝集を防止すべく分散材によってコーティングされ、当該分散材によってコーティングされた後の粒径が、前記熱可塑性樹脂の表面粗度よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導電ペースト充填方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載された、ビアホールに導電ペーストが充填され、表面が熱可塑性樹脂からなる基板と、所望の形状にパターニングされた配線層とを交互に積層し、その積層体を熱プレスして、前記導電ペーストの金属粒子を焼結しつつ、基板同士を熱融着することにより多層基板を製造することを特徴とする多層基板の製造方法。

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